البوليمرات التي تلتقط النيكوتين

بوليمر اصطناعي جديد، ذو بنية جزيئية دقيقة تشبه الكماشة، يلتقط بشكل فعال جزيئات النيكوتين ومشتقاته. سيكون من الممكن استخدام هذا البوليمر في إنتاج أجهزة استشعار كيميائية انتقائية وحساسة لتحديد تركيز النيكوتين في المحاليل، وفي المستقبل القريب حتى في الغازات. علاوة على ذلك، فإن البوليمر مناسب أيضًا لإطلاق النيكوتين بشكل متحكم وبطيء، أي أنه يمكن استخدامه أيضًا للأغراض الطبية.

أدى التعاون بين معهد الكيمياء الفيزيائية التابع للأكاديمية البولندية للعلوم وقسم الكيمياء في جامعة ويتشيتا (كانساس، الولايات المتحدة الأمريكية) إلى إنشاء مصيدة بوليمر للنيكوتين. البوليمر، الذي يتكون من بنية جزيئية تشبه الكماشة (ملقط)، يلتقط بشكل فعال جزيئات النيكوتين ومشتقاته الكيميائية، كما أنه قادر على إطلاقها بطريقة يمكن التحكم فيها. ويمكن استخدام البوليمر في أجهزة استشعار كيميائية قابلة لإعادة الاستخدام للكشف عن النيكوتين في مجالات الصناعة والطب الحيوي، وكذلك في الضمادات المشربة بالنيكوتين للمدخنين الذين يحاولون الإقلاع عن التدخين.

            "تم تصنيع مصيدة النيكوتين الأولى من قبل شريكنا الأمريكي، البروفيسور فرانسيس ديسوزا، منذ عدة سنوات. لقد كانت نوعًا من الكماشات الجزيئية التي تتحرك بحرية في المحلول وتشكل اتحادات (مجمعات) مع جزيئات النيكوتين الموجودة فيه. في الآونة الأخيرة، تمكن فريق البحث الدولي الأمريكي-البولندي من تحديد موضعه داخل البوليمر. ويقول أحد الباحثين البولنديين المشاركين في المشروع: "إن المادة الناتجة صلبة، وبالتالي يمكن استخدامها لبناء أجهزة استشعار كيميائية".

            إن جوهر مصيدة النيكوتين البوليمرية، والتي تم تقديم طلب براءة اختراع لها مؤخرًا، هو مشتق ميتالوبورفيرين، وهو جزيء موجود، على سبيل المثال، في الدم. يشتمل الجزيء على حلقة كيميائية تحتوي في وسطها على ذرة الزنك، ومشابك أميدية مرتبطة بهذه الحلقة. يرتبط النيكوتين بهذا البوليمر عبر ذرتي نيتروجين: ترتبط إحداهما بذرة الزنك، بينما ترتبط الذرة الأخرى بالدبابيس. يوضح أحد الباحثين: "بسبب الارتباط الدقيق بين نقطتين، نحن متأكدون من أن الجزيء الذي تم التقاطه هو النيكوتين".

            إلى جانب النيكوتين، يلتقط البوليمر أيضًا الكوتينين القلوي (الكوتينين) الذي يتشكل أثناء تحلل النيكوتين والقلويدات الأخرى التي غالبًا ما تصاحب النيكوتين الموجود في أوراق التبغ، على سبيل المثال، الميوسمين. إن ارتباط البوليمر بالنيكوتين مستقر، ولا يزال قابلاً للعكس. هذه الخاصية هي المسؤولة عن أجهزة الاستشعار الكيميائية الجديدة للكشف عن النيكوتين ومشتقاته لتكون قادرة على العمل بشكل متكرر.

            يتم الكشف عن النيكوتين عن طريق مرنان كهرضغطي مطلي عن طريق البلمرة الكهربائية بطبقة بوليمر رقيقة بحجم أقل من ميكرون. يزيد النيكوتين المحبوس من كتلة الطبقة وبالتالي يقلل من تردد الرنين في الرنان، وهو تغيير يمكن قياسه ببساطة. "يمكن القول أننا قمنا بوزن طبقة من البوليمر الخاص بنا خلال التجربة بأكملها. وبما أننا نعرف الكتلة الأولية للبوليمر، وأن البوليمر يلتقط النيكوتين ومشتقاته بشكل انتقائي، فإن زيادة كتلة الطبقة تعني أن هذه المركبات موجودة في المحلول"، يوضح الباحث.

            رنانات الكوارتز ذات الموجة الصوتية الحجمية، المستخدمة في تجارب البوليمر الجديد، تمكن من اكتشاف النيكوتين في المحاليل. ويخطط الباحثون للتعاون مع الشركات المصنعة لرنانات الموجات الصوتية السطحية. تتأرجح هذه الرنانات بترددات أعلى بكثير، مما يسمح لها بأن تكون أكثر حساسية وبعد تغليفها بطبقة البوليمر التي تلتقط النيكوتين، ستكون قادرة على اكتشاف النيكوتين في الغازات أيضًا.

            في الطريقة المعروضة هنا، لا يقتصر الكشف عن النيكوتين وتحديده على الوزن. وبما أن النيكوتين نشط إلكترونيًا، فإن الباحثين يعتزمون قياس إمكانات أكسدة النيكوتين المحتجز في البوليمر في نفس الوقت الذي يتم فيه قياس ترددات الرنين. سيؤدي القياس المشترك لهاتين الطريقتين المنفصلتين إلى زيادة موثوقية الكشف.

            يمكن استخدام البوليمر الجديد، من بين مجالات أخرى، لتطوير أجهزة استشعار كيميائية للكشف عن محتوى النيكوتين في أوراق التبغ وفي الدراسات الطبية الحيوية حيث يكون من الضروري تحديد وقياس كمية منتجات تحلل النيكوتين في سوائل جسم المريض. هناك تطبيق آخر محتمل يتمثل في الضمادات المبللة بالنيكوتين والتي تساعد في الإقلاع عن التدخين، حيث يمكن استخدام البوليمر الجديد لإطلاق النيكوتين لفترة طويلة ودقيقة في الجسم عبر الجلد.

أخبار الدراسة